基于MSTP技術的電能計量系統(tǒng)兩種采集模式的研究

林克靈 王旭峰 羅磊 楊鳳欣 張勝

（1.中國南方電網(wǎng)有限責任公司超高壓輸電公司 2.北京煜邦電力技術股份有限公司）

0 引言

隨著“智能電網(wǎng)”概念的提出，對電能計量系統(tǒng)的功能和精度提出了更高的要求[1]。文獻[2]介紹了國內(nèi)外典型的自動抄表系統(tǒng)的原理及其系統(tǒng)組成，探討了我國自動抄表系統(tǒng)的應用模式。文獻[3]指出電能量計量系統(tǒng)對電表直接采集功能是利用GPRS、CDMA等通信方式，使用某一種規(guī)約，通過電表串行RS485接口對電表直接采集，從電表中讀取電能量累計值、瞬時量、最大需量、電表狀態(tài)字等數(shù)據(jù)信息。文獻[4]針對遠程電表的直接抄核和間接抄核兩種方式進行了探討，并對在應用中存在的問題進行了分析。文獻[5]介紹了關口電能計量監(jiān)督管理系統(tǒng)的主要功能。

文獻[6]介紹了MSTP在銀行系統(tǒng)專線接入中的應用，并闡述了MSTP專線接入方案、方案的特點。文獻[7]探討了MSTP技術在電力通信傳輸網(wǎng)中的應用，為行政管理和自動化信息傳輸提供服務。文獻[8]介紹了MSTP的發(fā)展背景，并對MSTP組建城域網(wǎng)提出建有ATM城域網(wǎng)的地方建議盡快建設MSTP網(wǎng)絡。文獻[9]從電能表、采集器，以及通信信道等方面闡述了電能計量自動抄表技術的發(fā)展現(xiàn)狀。

這些文獻在電能量計量系統(tǒng)的采集方式、發(fā)展方向進行了研究，還對MSTP技術在其他領域也做了探索。但基于MSTP技術的電能計量數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的采集模式的研究，未見報道。本文基于MSTP技術對電能計量系統(tǒng)中采集器采集和電表直接采集這兩種采集模式進行了對比實驗研究。從數(shù)據(jù)經(jīng)濟性、存儲容量、維護工作量、靈活性、穩(wěn)定性等不同角度，基于MSTP通道環(huán)境，對這兩種采集模式的優(yōu)缺點進行了闡述，為電能計量系統(tǒng)采集模式的選擇提供參考。

1 MSTP技術

基于SDH 的多業(yè)務傳送平臺（Multi-Service Transfer Platform，MSTP）是指基于SDH 平臺同時實現(xiàn)TDM、ATM、以太網(wǎng)等業(yè)務的接入、處理和傳送，提供統(tǒng)一網(wǎng)管的多業(yè)務節(jié)點[10]。MSTP的實現(xiàn)基礎是充分利用SDH技術對傳輸業(yè)務數(shù)據(jù)流提供保護恢復能力和較小的延時性能，并對網(wǎng)絡業(yè)務支撐層加以改造，以適應多業(yè)務應用，實現(xiàn)對二層、三層的數(shù)據(jù)智能支持。即將傳送節(jié)點與各種業(yè)務節(jié)點融合在一起，構(gòu)成業(yè)務層和傳送層一體化的SDH業(yè)務節(jié)點，稱為融合的網(wǎng)絡節(jié)點或多業(yè)務節(jié)點，主要定位于網(wǎng)絡邊緣。與其他技術相比，MSTP技術的優(yōu)勢在于：它支持固定帶寬業(yè)務和可變帶寬業(yè)務?；贛STP設備的城域網(wǎng)組網(wǎng)主要有傳輸速率高，投入少、接入簡單、節(jié)省投資，網(wǎng)絡穩(wěn)定性高等特點[11]。

鑒于MSTP在以太網(wǎng)和城域網(wǎng)方面的應用優(yōu)勢，本文將其應用于超高壓輸電公司電能量計量模擬電能量計量主站，針對兩種采集模式進行對比實驗。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

電能計量系統(tǒng)是電力企業(yè)自動化建設的重要組成部分[12]，電能量計量系統(tǒng)主要由通信子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫服務器、應用子系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集三部分組成。

通信子系統(tǒng)主要與電表或采集器進行通訊，得到帶時標的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)入庫，前置機集群[13]具有分組功能，以負載均衡的方式運行。數(shù)據(jù)庫服務器主要對采集數(shù)據(jù)及衍生數(shù)據(jù)進行處理存儲，服務器采用雙機熱備技術[14]。應用子系統(tǒng)主要實現(xiàn)用戶權(quán)限角色管理、電量數(shù)據(jù)查詢、原始測試記錄查詢、通信流量、缺失統(tǒng)計、綜合分析等功能。

通信子系統(tǒng)是數(shù)據(jù)分析的主要數(shù)據(jù)來源。通信子系統(tǒng)支持電表直接采集和采集器采集兩種采集模式。

采集器采集：電能表通過RS485接入采集器，采集器通過調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)與前置機進行通訊。采集器配置64塊表，32塊使用DLMS規(guī)約，另32塊表使用DL/T 645-1997規(guī)約，數(shù)據(jù)上傳主站規(guī)約使用IEC-870-102。

電表直接采集：電能表可以通過RS485接入串口服務器[15]，經(jīng)過網(wǎng)絡與采集網(wǎng)相連，與前置機的實時通訊。其中，直接采集電表分別使用DLMS規(guī)約與DL645-1997規(guī)約。

為了實現(xiàn)研究目標，采集子系統(tǒng)在實現(xiàn)采集的同時，除了記錄通信過程中主站發(fā)送的報文、發(fā)送報文的時間、主站接收的報文、接收報文的時間，還將每次通信過程的開始時間、結(jié)束時間、通信狀態(tài)、采集類型、通信交互數(shù)量、通信流量記錄下來。

3 實驗及分析

3.1 實驗環(huán)境

實驗數(shù)據(jù)取自電能量計量模擬主站系統(tǒng)的2016年6月28日至2016年7月3日的采集數(shù)據(jù)。首先固定積分周期為5min，分別進行了采集器、DLMS規(guī)約直采、DL645規(guī)約直采的測試。然后對積分周期分別為1min、5min、15min、30min的采集器通信進行了測試。

3.2 評測標準

本文將指定時間段整個通信過程中所用的通信時間、通信流量、最大速率、通信最小速率、通信平均速率、報文數(shù)量這六個指標來評測基于MSTP通道下采集器采集和電表直接采集的通信性能，從而分析出這兩種采集模式存在的差異，并從維護工作量、經(jīng)濟型等不同角度比較其優(yōu)缺點，為電能計量系統(tǒng)對采集模式的選擇提供參考。其中：D表示通信時間，E表示通信流量，F(xiàn)表示平均通信速率，G表示最大通信速率，H表示最小通信速率，J表示報文數(shù)量，M表示交互數(shù)量，n表示特定時間段經(jīng)歷的通信過程次數(shù)，K表示通信速率。它們之間的關系如下所示：

3.3 實驗結(jié)果及分析

（1）不同積分周期下的采集器通信分析實驗

針對采集器采集64塊電表，基于MSTP網(wǎng)絡通信模式，現(xiàn)場更改采集器的積分周期，對通信數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，測試實驗結(jié)果見表1。

表1 不同數(shù)據(jù)周期的通信測試

由上表可以看出，積分周期為1min時，采集器采集的最大通信速率最大，通信流量也達到最大。

（2）固定積分周期下的采集通信分析實驗

針對采集器內(nèi)部的64塊電表、兩種規(guī)約的電表直接采集，在積分周期為5min、相同的測試時間（隨機截取某一時間段）的前提下，對MSTP網(wǎng)絡通信模式下的通信數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，測試實驗結(jié)果見表2。

表2 不同采集模式的通信測試

從上表可以看出，在相同的測試時間內(nèi)，在MSTP采集通道下，采集器在相對較短的通信時間內(nèi)，報文數(shù)量、通信流量相對大，平均通信速率、最大通信速率、最小通信速率都相對高，最大通信速率一般發(fā)生在通道恢復數(shù)據(jù)大量補采的時候。實驗數(shù)據(jù)表明，采集器采集方式在大量數(shù)據(jù)采集中優(yōu)勢較為明顯。

在相同的測試時間內(nèi)，DLMS耗費的通信時間長，比DL645、采集器耗費的都長，最小通信速率最短，出現(xiàn)這種情況的原因是由于DLMS應用層建立時間幾毫秒就能完成，通道稍有不暢通，就會出現(xiàn)應用層連接失敗的現(xiàn)象，進而導致后續(xù)數(shù)據(jù)通訊中斷，因此通信報文相對多，通信時間耗費得相對長，而DL645不會出現(xiàn)這種情況。由此可見，DL645比DLMS的通信性能好。但目前大型變電站使用的基礎都是非國產(chǎn)表，對于DL645的支持還有待研究，尤其是早期版本的645規(guī)約。這說明了電表直接采集的通信規(guī)約受規(guī)約廠家、版本的限制，存在互操作性低、不便于擴展、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不完善等缺點，不能滿足自動抄表的要求。

采集器采集在大數(shù)據(jù)量采集情況下比較經(jīng)濟，電表直接采集在一定程度上能夠保證實時、準確地采集數(shù)據(jù)，使系統(tǒng)受限于不同的通信規(guī)約，增加系統(tǒng)的維護量。對于一個成熟的電能信息采集系統(tǒng)，不建議使用電表直接采集的方式進行采集，MSTP技術能夠滿足電能計量業(yè)務的開展。

（3）其他對比

在實驗過程中，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)試過程中遇到的問題，對電表直接采集和采集器采集兩種方式，從不同角度進行了對比分析，對比結(jié)果見表3。

表3 不同采集模式對比

4 結(jié)束語

本文將MSTP技術應用于電能計量系統(tǒng)，在此基礎上對基于MSTP通道的電能量計量系統(tǒng)中采集器采集和電表直接采集兩種采集模式進行對比實驗研究，詳細分析了兩種模式在MSTP通道下的通信速率、通信報文數(shù)量、通信時間等相關數(shù)據(jù)的變化情況，并從維護工作量等不同角度進行了比較，為電能量計量系統(tǒng)對采集模式的選擇提供參考意見。